JP2007253308A - Manufacturing method for polishing tool - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a smooth polished surface in processing of an electronic device formed by various materials having different hardnesses, and to satisfy a specific characteristic required by the device. <P>SOLUTION: A polishing tool is manufactured through a substrate polishing process for smoothing the surface of a substrate, the process for forming a polishing grain layer used for polishing the surface of the electronic device on the substrate, and a surface processing process for making polishing grains project on the surface of the polishing grain layer. Thus, a smooth polishing of the device can be obtained so that the surface of the polishing tool and a polished section of the device are brought into contact with each other and slid with each other. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、ロジックやDRAM等の半導体デバイスや磁気ディスク装置用磁気ヘッド等に対応する研磨工具の製造方法に関する。   The present invention relates to a method of manufacturing a polishing tool corresponding to a semiconductor device such as logic or DRAM, a magnetic head for a magnetic disk device, or the like.

例えば磁気ディスク装置においては面記録密度の向上が望まれており、そのためには磁気ヘッドの磁気記録媒体に対する浮上量を現状の約10nmからさらに低減させることが必要である。そして、この浮上量の低減を実現するには、回転する磁気記録媒体に対面させて配置する磁気ヘッドのスライダ面(浮上面)をより一層高精度に加工することが不可欠である。   For example, in a magnetic disk device, it is desired to improve the surface recording density. For that purpose, it is necessary to further reduce the flying height of the magnetic head from the current magnetic recording medium to about 10 nm. In order to realize the reduction of the flying height, it is indispensable to process the slider surface (floating surface) of the magnetic head arranged to face the rotating magnetic recording medium with higher accuracy.

一般に、磁気ヘッドは次のように作製されていた。即ち、Al−TiC(アルミナチタンカーバイト)等の硬質基板上に、絶縁膜としてAl(アルミナ、膜厚2〜10μm)を形成し、シールド層、ギャップ膜、磁気抵抗効果膜等からなる磁気素子部(GMR素子、CPP−GMR素子、TMR素子)、下部磁極、上部磁極、保護膜(アルミナ層)を順次積層する。上記した構造体はリソグラフィーを用いた薄膜プロセスにより5インチサイズの基板上に形成される。 In general, the magnetic head is manufactured as follows. That is, the Al 2 O 3 -TiC (alumina titanium carbide) or the like of the rigid substrate, Al 2 O 3 (alumina, thickness 2 to 10 [mu] m) as an insulating film to form a shield layer, a gap layer, magnetoresistive A magnetic element portion (GMR element, CPP-GMR element, TMR element) made of a film or the like, a lower magnetic pole, an upper magnetic pole, and a protective film (alumina layer) are sequentially laminated. The above structure is formed on a 5-inch size substrate by a thin film process using lithography.

その後、この基板をダイヤモンド砥石を用いて2インチの長さを有する短冊片に切断される。そして、切断後の歪みを両面ラップ等の方法を用いて除去した後、基板上に積層した構造体に対して直交する面を高精度に研磨加工を施して、磁気記録媒体に対面する磁気ヘッドのスライダ面(浮上面)を形成する。そして、短冊片から個々の磁気素子部を含むような小片を切り出して磁気ヘッドが完成する。   Thereafter, the substrate is cut into strips having a length of 2 inches using a diamond grindstone. Then, after removing the distortion after cutting using a method such as double-sided lapping, a magnetic head that faces the magnetic recording medium by polishing the surface orthogonal to the structure laminated on the substrate with high accuracy The slider surface (floating surface) is formed. Then, small pieces including individual magnetic element portions are cut out from the strip pieces to complete the magnetic head.

ところで、上記した短冊片の研磨方法には、回転する軟質金属系の定盤上にダイヤモンド等の砥粒を含んだラップ液を滴下しながら、研磨治具に接着した短冊片を押圧摺動させることが用いられている。研磨条件としては、回転する定盤に対して短冊片を張り付けた研磨治具を自公転式に回転させる場合、定盤の回転方向に対して直交する方向あるいは回転方向と平行に短冊片を揺動させる場合等がある。   By the way, in the above-described polishing method for strip pieces, the strip pieces adhered to the polishing jig are pressed and slid while dropping a lapping liquid containing abrasive grains such as diamond on a rotating soft metal base plate. Is used. As polishing conditions, when a polishing jig with a strip attached to a rotating platen is rotated in a self-revolving manner, the strip is shaken in a direction perpendicular to or parallel to the rotation direction of the platen. It may be moved.

ところで、磁気ヘッドのような電子デバイスを上記の手法において研磨加工する際に使用する研磨工具の製造方法としては、特許文献1または特許文献2に記載のよう方法が一般的である。即ち、研磨定盤の材質として錫系合金等からなる比較的軟質な金属が用い、その表面の面精度は機械加工によって極めて高精度に仕上げられていなければならない。そして、研磨加工中に生じるスラッジや研磨液、潤滑液等の排出を促すため、研磨定盤の表面には、例えばアナログレコード盤状の微細な溝加工(幅数10μm、深さ数μm)が施されている。   By the way, as a manufacturing method of a polishing tool used when polishing an electronic device such as a magnetic head in the above-described method, a method described in Patent Document 1 or Patent Document 2 is general. That is, a relatively soft metal made of a tin-based alloy or the like is used as the material of the polishing surface plate, and the surface accuracy of the surface must be finished with extremely high precision by machining. Then, in order to facilitate the discharge of sludge, polishing liquid, lubricating liquid, etc. generated during the polishing process, the surface of the polishing platen is subjected to fine groove processing (width: 10 μm, depth: μm) like an analog record board, for example. It has been subjected.

こうして得られた研磨定盤の表面にダイヤモンド砥粒等の固定砥粒を設ける。100nm程度の粒径のダイヤモンド砥粒を含むスラリー液をスラリー供給チューブを介して滴下しながら、質量10kg程度のおもりを有するセラミックリング(修正リング)を自公転させる。そして、修正リングによってダイヤモンド砥粒等の固定砥粒が定盤内に押し込まれる。   Fixed abrasive grains such as diamond abrasive grains are provided on the surface of the polishing surface plate thus obtained. While a slurry liquid containing diamond abrasive grains having a particle diameter of about 100 nm is dropped through a slurry supply tube, a ceramic ring (correcting ring) having a weight of about 10 kg is revolved. Then, fixed abrasive grains such as diamond abrasive grains are pushed into the surface plate by the correction ring.

このとき、定盤の材料は柔らかいのでその塑性変形によって押し込まれた砥粒はそのままその場に保持される。定盤表面に埋め込まれたダイヤモンド砥粒等の固定砥粒はその一部が表面に露出した状態で固定されている。そして、遊離砥粒あるいは埋め込みの不十分な状態にある遊離砥粒は界面活性剤を含む洗浄液等を用いて完全に排除される。   At this time, since the material of the surface plate is soft, the abrasive grains pushed in by the plastic deformation are held in place as they are. Fixed abrasive grains such as diamond abrasive grains embedded in the surface of the surface plate are fixed in a state where a part thereof is exposed on the surface. Then, the loose abrasive grains or loose abrasive grains in an insufficiently embedded state are completely eliminated using a cleaning liquid containing a surfactant.

また、半導体デバイス(LSI)では、層間絶縁膜の平坦化やメタル配線形成工程にいわゆるCMP(Chemical Mechanical Polishing)技術が用いられているが、具体的に研磨に使用する工具等の部材としては、積層構造の研磨パッドを用いている。   In semiconductor devices (LSIs), so-called CMP (Chemical Mechanical Polishing) technology is used for planarization of interlayer insulating films and metal wiring formation processes. Specifically, as members such as tools used for polishing, A polishing pad having a laminated structure is used.

材質は微細な発泡構造を有するポリウレタン材から形成されており、研磨時にはこの研磨パッドの表面に粒径30〜100nm程度のシリカ砥粒やアルミナ砥粒を分散させたスラリーを供給しながら研磨加工を行っている。   The material is formed from a polyurethane material having a fine foam structure, and polishing is performed while supplying a slurry in which silica abrasive grains or alumina abrasive grains having a particle diameter of about 30 to 100 nm are dispersed on the surface of this polishing pad. Is going.

特開平10−296620号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-296620 特開2002−331452号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2002-331452

しかしながら、このような半導体や磁気ヘッドをはじめとする電子デバイスでは研磨すべき表面が複数の材料から構成されていることが多い。例えば、磁気ヘッドでは、上記で述べた短冊片を構成する部材、即ち、基板、絶縁膜、磁気素子部、保護膜等の機械的硬度がそれぞれ異なるため、上記した従来技術を用いてこれらを一様に研磨することが極めて難しい。   However, in such electronic devices such as semiconductors and magnetic heads, the surface to be polished is often composed of a plurality of materials. For example, in a magnetic head, the members constituting the strips described above, that is, the substrate, the insulating film, the magnetic element portion, the protective film, etc. have different mechanical hardness. It is extremely difficult to polish like this.

さらに、近年では、再生素子であるGMR素子構造の微細化により、製造プロセス中における素子の耐性が弱まる現象が顕在化し、静電破壊といった電気的ダメージに加えて、研磨加工等の機械加工後に表面層に発生するダメージの影響も大きくなってきている。このようなデバイス表面加工時のダメージを低減し高品質なデバイスを効率良く製造するための表面加工法が要求されている。   Furthermore, in recent years, with the refinement of the GMR element structure as a reproducing element, the phenomenon that the resistance of the element is weakened during the manufacturing process has become obvious, and in addition to electrical damage such as electrostatic breakdown, the surface after machining such as polishing The effect of damage on the layer is also increasing. There is a demand for a surface processing method for reducing damage during such device surface processing and efficiently manufacturing a high-quality device.

本発明の目的は、複合材料からなる半導体デバイスや磁気ヘッド等の電子デバイス全般の製造方法において、デバイス表面の粗さを低減するとともに、加工によるダメージの少ない研磨工具の製造方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a polishing tool that reduces the roughness of the device surface and is less damaged by processing in a method for manufacturing an electronic device such as a semiconductor device or a magnetic head made of a composite material. is there.

基板表面を平滑にするための基板研磨工程と、前記基板上に電子デバイス表面を研磨するための研磨用砥粒層を形成する工程と、該砥粒層の表面に砥粒を突出させるための表面処理工程とを経て研磨工具の作製する。このとき、砥粒層形成工程は、基板上にこの基板表面を覆う第一のプラズマを用いて弾性領域を形成した後、更にナノ微粒子を供給した第一のプラズマを上記の弾性領域の上に供給することによって砥粒領域が形成される。   A substrate polishing step for smoothing the substrate surface; a step of forming a polishing abrasive layer for polishing the surface of the electronic device on the substrate; and a method for causing abrasive grains to protrude from the surface of the abrasive layer. A polishing tool is produced through a surface treatment process. At this time, the abrasive layer forming step forms an elastic region on the substrate using the first plasma covering the surface of the substrate, and then further supplies the first plasma supplied with nanoparticles to the elastic region. By supplying, an abrasive grain region is formed.

上記した第一のプラズマはC、Si、SiO、Sn及びSn系合金、Al、Cuのいずれかから選ばれた材料を用いたスパッタプラズマであり、そのプラズマ中に導入されるナノ微粒子は径が10〜50nm程度のダイヤモンドまたはSiOが効果的である。尚、上記したナノ微粒子は第一のプラズマによって負に帯電されている。 The first plasma described above is sputter plasma using a material selected from C, Si, SiO 2 , Sn and Sn-based alloys, Al, and Cu, and the nano-particles introduced into the plasma have a diameter of Is effective, diamond or SiO 2 of about 10 to 50 nm. Note that the nano-particles described above are negatively charged by the first plasma.

本発明によれば、上記した製造方法を用いて製作された研磨工具を加工すべき電子デバイス、例えば、材質の異なる材料で構成されている磁気ヘッドの浮上面を接触させて、摺動させることによって浮上面が極めて平滑に研磨加工される。その結果として磁気ヘッドの浮上特性や磁気特性の向上に大きく貢献することが出来る。   According to the present invention, an electronic device to be processed using the above-described manufacturing method, for example, an air bearing surface of a magnetic head made of a different material is brought into contact with and slid. As a result, the air bearing surface is polished extremely smoothly. As a result, it can greatly contribute to the improvement of the flying characteristics and magnetic characteristics of the magnetic head.

以下、本発明の実施例について、図面を用いて詳細に説明する。
はじめに電子デバイスのひとつである磁気ヘッドの加工例を用いて説明する。
磁気ヘッドで使用される材料としては、一般的には、基板の材料としてAl―TiC(アルミナ・チタン・カーバイト)が、絶縁膜及び保護膜の材料としてAl(アルミナ)が、シールド膜及び磁極などにパーマロイなどの軟質磁性金属からなる複合材料がそれぞれ用いられる。そして、これら素材のビッカース硬度は、Al―TiC(アルミナチタンカーバイト)が約2000Hv、Al(アルミナ)が約1000Hv、パーマロイが約200Hvである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
First, a description will be given using a processing example of a magnetic head which is one of electronic devices.
As a material used in the magnetic head, generally, Al 2 O 3 —TiC (alumina / titanium / carbite) is used as a material for a substrate, and Al 2 O 3 (alumina) is used as a material for an insulating film and a protective film. However, a composite material made of a soft magnetic metal such as permalloy is used for the shield film and the magnetic pole, respectively. The Vickers hardness of these materials is about 2000 Hv for Al 2 O 3 —TiC (alumina titanium carbide), about 1000 Hv for Al 2 O 3 (alumina), and about 200 Hv for Permalloy.

かかる構成の磁気ヘッド浮上面形成のための研磨方法としては、例えば、ワークである複数の磁気ヘッドが一列に配列されてなる短冊状のローバーをワークとし、回転した状態で研磨液が供給される定盤上でワークを自公転させながら研磨する方式や、定盤上でこのワークを揺動させながら研磨する方式がある。   As a polishing method for forming a magnetic head air bearing surface having such a configuration, for example, a strip-shaped row bar in which a plurality of magnetic heads that are workpieces are arranged in a row is used as a workpiece, and the polishing liquid is supplied in a rotated state. There are a method of polishing while rotating the workpiece on the surface plate, and a method of polishing while rotating the workpiece on the surface plate.

このようなよく知られた研磨方法を用いて磁気ヘッドの表面を研磨した場合、磁気素子部での各部の材料特性の違いから生じる研磨速度の違いにより、研磨された磁気ヘッドの表面に凹凸が発生する。さらに、パーマロイからなる磁気素子の硬度が小さいため、研磨によってスクラッチ傷が形成される場合がある。   When the surface of the magnetic head is polished using such a well-known polishing method, the surface of the polished magnetic head is uneven due to the difference in the polishing rate caused by the difference in material characteristics of each part in the magnetic element part. appear. Furthermore, since the magnetic element made of permalloy has a small hardness, scratches may be formed by polishing.

このようなスクラッチが発生する要因について説明する。
磁気ヘッド浮上面の研磨においては、軟質金属製の研磨定盤に保持された砥粒(固定砥粒)の作用により実切込量の小さい加工が行われ、加工段差が小さく、平滑なデバイス面が得られるものと考えられる。しかしながら、砥粒は軟質金属からなる定盤の表面上に、金属の塑性変形により機械的に保持されているに過ぎない。このため、研磨中には定盤の表面から砥粒が脱落などして転動砥粒となり、これによる作用が生じる。
The cause of such a scratch will be described.
In the polishing of the air bearing surface of the magnetic head, processing with a small actual cutting amount is performed by the action of abrasive grains (fixed abrasive grains) held on a soft metal polishing surface plate, and the smooth device surface is small in processing steps. Is considered to be obtained. However, the abrasive grains are merely mechanically held on the surface of a surface plate made of a soft metal by plastic deformation of the metal. For this reason, during polishing, the abrasive grains fall off from the surface of the surface plate to form rolling abrasive grains, and this causes an effect.

さらに、今後も磁気ヘッド表面の平滑化と低ダメージ加工を行うには、一般的には、より小さな砥粒を用いるが、砥粒径を小さくしていくと、砥粒の定盤への固定化が困難になり工具作製に多大な時間を要すると同時に、砥粒の保持力は急激に低減しスクラッチ傷の発生を抑制することができないと予測される。   Furthermore, in order to continue smoothing the magnetic head surface and reducing damage in the future, generally smaller abrasive grains will be used. However, as the abrasive grain size decreases, the abrasive grains are fixed to the surface plate. It is predicted that the preparation of the tool becomes difficult and a great deal of time is required to manufacture the tool, and at the same time, the holding force of the abrasive grains is drastically reduced and the generation of scratches cannot be suppressed.

本発明は、このような技術的課題を解決するために、すなわち磁気ヘッド等をはじめとする複合材料からなる電子デバイスの研磨加工における不具合を考慮するために開発されたものであり、効率良く電子デバイス用研磨工具の作製を実現するとともに、デバイス特性に影響する加工ダメージを低減する製造方法を提供するものである。   The present invention has been developed in order to solve such technical problems, that is, in order to consider defects in polishing processing of electronic devices made of composite materials such as magnetic heads. The present invention provides a manufacturing method that realizes production of a polishing tool for a device and reduces processing damage that affects device characteristics.

以下、本発明における研磨工具の作製法について磁気ヘッドデバイス及び半導体デバイスごとにそれぞれ詳細に説明する。   Hereinafter, a method for producing a polishing tool in the present invention will be described in detail for each of the magnetic head device and the semiconductor device.

(実施例1)
図1〜図3の工程を詳細に説明する。まず図1の第一工程5として、電子デバイス用研磨工具を作製するために5インチサイズ(約125mm)のシリコンウエハ基板1を用意した。厚みは5mmとし、片面のみ研磨パッド及びコロイダルシリカスラリーを用いてポリシング加工を施し、表面粗さをRaで1nm以下に調整した。該シリコンウエハ基板を、図4に示す真空プロセスチャンバー内にセットし、真空ポンプにより、1×10−4Pa以下に減圧した後、Arガスを10〜20mTorr程度まで導入した。
Example 1
The steps of FIGS. 1 to 3 will be described in detail. First, as a first step 5 in FIG. 1, a silicon wafer substrate 1 having a size of 5 inches (about 125 mm) was prepared for producing a polishing tool for an electronic device. The thickness was 5 mm, and polishing was performed only on one side using a polishing pad and colloidal silica slurry, and the surface roughness was adjusted to 1 nm or less with Ra. The silicon wafer substrate was set in the vacuum process chamber shown in FIG. 4, and after reducing the pressure to 1 × 10 −4 Pa or less by a vacuum pump, Ar gas was introduced to about 10 to 20 mTorr.

以降の処理が図1の第2工程6である。最初に、高周波電圧を印加してArプラズマを発生させ、高周波出力10〜20W程度で、Arイオンによる基材の自己バイアスで表面スパッタエッチングを数分間行った。次に、カーボンターゲット9と純Snターゲット10を下部電極にセットした。一方のターゲットは後述するナノ微粒子と同質材としてナノ微粒子の定着を安定化させるために使用し、さらに一方のSnターゲット材は砥粒となるナノ微粒子の母材に用いるものである。   The subsequent processing is the second step 6 in FIG. First, Ar plasma was generated by applying a high-frequency voltage, and surface sputter etching was performed for several minutes with a self-bias of the base material by Ar ions at a high-frequency output of about 10 to 20 W. Next, the carbon target 9 and the pure Sn target 10 were set on the lower electrode. One target is used as a homogeneous material for the nanoparticle described later to stabilize the fixing of the nanoparticle, and the other Sn target material is used as a base material for the nanoparticle serving as abrasive grains.

まず基板の上部に数ミクロン程度の一定膜厚のSn膜3を成膜するため、Snターゲットのみに、高周波電圧を印加してスパッタリング成膜を行った。この領域を弾性領域と称する(図2)。
次に、ナノ微粒子2をSn膜内に効率よく定着させるため、真空チャンバーに設置したナノ微粒子導入装置に、適当な溶媒に分散させた状態で供給ジェットノズルを介して、数マイクロ〜ミリグラムオーダーで気相浮遊しやすい状態で間歇的にプラズマ8内に導入する。
First, in order to form the Sn film 3 having a constant film thickness of about several microns on the upper part of the substrate, sputtering film formation was performed by applying a high frequency voltage only to the Sn target. This region is referred to as an elastic region (FIG. 2).
Next, in order to efficiently fix the nano-particles 2 in the Sn film, the nano-particle introduction apparatus installed in the vacuum chamber is dispersed in a suitable solvent through a supply jet nozzle in the order of several micro to milligrams. The gas 8 is introduced into the plasma 8 intermittently in a state where it is likely to float.

磁気ヘッド対応工具にはナノ微粒子として、ナノサイズのダイヤモンド粒子を用いた。プラズマ8中に導入されたナノ微粒子2はプラズマ中での電子との衝突により負に帯電し、プラズマ中に浮遊する。このナノ微粒子を含んだプラズマは、設置した基板表面を覆うように形成されている。   Nano-sized diamond particles were used as the nanoparticles for the magnetic head compatible tool. The nanoparticle 2 introduced into the plasma 8 is negatively charged by collision with electrons in the plasma and floats in the plasma. The plasma containing the nano fine particles is formed so as to cover the surface of the installed substrate.

また、プラズマ8はスパッタ電極9及び10から供給される電力で維持されている。スパッタ電極へ9、10への電力供給を停止し、その数ナノ秒から1ミリ秒後に基板1を載置した電極に接続されているパルス電源より基板表面に1から数百ミリ秒の幅の正のパルス電位を印可する。   The plasma 8 is maintained by electric power supplied from the sputter electrodes 9 and 10. The power supply to the sputter electrodes 9 and 10 is stopped, and after a few nanoseconds to 1 millisecond, the pulse power source connected to the electrode on which the substrate 1 is placed has a width of 1 to several hundred milliseconds on the substrate surface. Apply a positive pulse potential.

スパッタ電源からの電力供給を絶たれたプラズマ中の電子及びイオンはチェンバ等の壁面に衝突し、チェンバ内の空間には質量が重く速度の遅い負に帯電したナノ微粒子が残る。そこに基板電極に印可した正の電位により電界が発生するため、ナノ微粒子は基板1の表面に加速されて引き寄せられ付着する。しかる後に再度スパッタ電源への電力供給を再開する事で基板1に付着した粒子周囲への成膜が行われると共にプラズマ8が再び発生する。   Electrons and ions in the plasma from which the power supply from the sputtering power source has been cut off collide with the wall surface of the chamber or the like, and negatively charged nanoparticles having a heavy mass and a slow speed remain in the space in the chamber. Since an electric field is generated by a positive potential applied to the substrate electrode, the nano fine particles are accelerated and attracted to the surface of the substrate 1 to be attached. After that, by restarting the power supply to the sputtering power source, the film is formed around the particles attached to the substrate 1 and the plasma 8 is generated again.

上記の手順を成膜中に適度の回数繰返すことで基板1上へ所望の密度のナノ微粒子を定着させることができた。このナノ微粒子を含む層を砥粒領域と称し、上記弾性領域と砥粒領域を合わせて砥粒層と称する(図2)。
上述の製造方法では、砥粒層は砥粒を含む砥粒領域と砥粒を含まない弾性領域に分離されているが、基板に対してはじめからナノ微粒子を含んだ砥粒層のみを形成しても、原理上同様の効果が期待できる研磨工具が作製可能であった。
By repeating the above procedure an appropriate number of times during film formation, nanoparticles having a desired density could be fixed on the substrate 1. The layer containing the nano fine particles is referred to as an abrasive region, and the elastic region and the abrasive region are collectively referred to as an abrasive layer (FIG. 2).
In the above-described manufacturing method, the abrasive layer is separated into an abrasive region containing abrasive grains and an elastic region not containing abrasive grains, but only the abrasive layer containing nanoparticles is formed on the substrate from the beginning. However, it was possible to produce a polishing tool that could be expected to have the same effect in principle.

また、ナノ微粒子2をSn膜内に効率よく定着させるため別の方法として、以下に説明する構造の装置を用いてもよい。すなわち、主たる真空チャンバーに取付けられた電気的に負の電位となる別チェンバーに設置したナノ微粒子導入装置に、適当な溶媒に分散させた状態で供給ジェットノズルを介して、数マイクロ〜ミリグラムオーダーで気相浮遊しやすい状態で間歇的にチェンバに導入してもよい。   In addition, as another method for efficiently fixing the nanoparticles 2 in the Sn film, an apparatus having a structure described below may be used. That is, in a nano-particle introduction device installed in a separate chamber having an electrically negative potential attached to the main vacuum chamber, in a state of several micro to milligrams through a supply jet nozzle in a state dispersed in an appropriate solvent. You may introduce | transduce into a chamber intermittently in the state which is easy to carry out a gaseous-phase floating.

チェンバ内はプラズマ励起用のフィヒラメントから供給される電子によりプラズマが生成されている。プラズマ中に導入されたナノ微粒子2はプラズマ中での電子との衝突により負に帯電し、プラズマ中に浮遊する。チェンバには主たるチェンバとの間に2枚のグリッド電極が設置され、チェンバ側のグリッド電極はチェンバと同電位、もう一方のグリッドはチェンバに対し可変電圧電源により正の電位を与えることが出来る。チェンバ自体は電源により負電位になっている。   In the chamber, plasma is generated by electrons supplied from a fibrament for plasma excitation. Nanoparticles 2 introduced into the plasma are negatively charged by collision with electrons in the plasma and float in the plasma. The chamber is provided with two grid electrodes between the main chamber, the grid electrode on the chamber side can be given the same potential as the chamber, and the other grid can be given a positive potential to the chamber by a variable voltage power supply. The chamber itself is at a negative potential by the power source.

電源によりグリッド間に電位を印可すると、プラズマ8中の電子及びナノ微粒子はグリッド間の電界に加速されてチェンバから主たるチェンバに導入される。グリッドの近傍には磁石が有り電子及びナノ粒子の進行方向に直交した磁界が発生している。このとき電子は磁界により進路を曲げられて直進できないが、質量が重いナノ粒子は直進し更にチェンバとの電位差で形成される電界により加速し基板1の表面に高いエネルギーを持って到達する。このような方式でも上述の図4の装置と同様の効果が期待できる。   When a potential is applied between the grids by the power source, the electrons and nanoparticles in the plasma 8 are accelerated by the electric field between the grids and introduced from the chamber into the main chamber. There is a magnet near the grid, and a magnetic field perpendicular to the traveling direction of electrons and nanoparticles is generated. At this time, although the path of the electron is bent by the magnetic field, the electron cannot travel straight, but the heavy nanoparticle travels straight and further accelerates due to the electric field formed by the potential difference with the chamber and reaches the surface of the substrate 1 with high energy. Even in such a system, the same effect as that of the apparatus shown in FIG. 4 can be expected.

引続き真空チャンバー内において、導入したArガスを用いて基板の自己バイアスを利用して(0〜−700V)、比較的マイルドな条件においてプラズマエッチング処理を行った(第3工程)。この目的は母材の内部に定着されたナノ微粒子2を母材の表面から一定量突出させるために行ったものである。従来工具の状態と近づけるためナノ微粒子の粒径の1/3程度を目安に母材の表面から突出させた。   Subsequently, in the vacuum chamber, plasma etching was performed under relatively mild conditions using the introduced Ar gas (0 to −700 V) using the self-bias of the substrate (third step). This purpose was carried out in order to project a certain amount of nano-particles 2 fixed inside the base material from the surface of the base material. In order to make it close to the state of a conventional tool, the surface of the base material was protruded with about 1/3 of the particle size of the nanoparticle as a guide.

このようにして作製された研磨工具の表面状態の評価を行った。ナノ微粒子のサイズや、密度の評価を行うため、日立製作所製電子顕微鏡S5000の2次電子像で、測定倍率1〜5万倍で測定を行った。さらに、工具の表面粗さの評価には、米国Digital Instruments社(現在のVeeco社)製原子間力顕微鏡(AFM)NanoscopeIIIa、D3100で先端径10nmのシリコン単結晶プローブを用いた。詳細な評価結果を図4に示す。   The surface state of the polishing tool thus produced was evaluated. In order to evaluate the size and density of the nano fine particles, the measurement was performed with a secondary electron image of an electron microscope S5000 manufactured by Hitachi, Ltd. at a measurement magnification of 1 to 50,000 times. Furthermore, for the evaluation of the surface roughness of the tool, a silicon single crystal probe having a tip diameter of 10 nm was used with an atomic force microscope (AFM) Nanoscope IIIa, D3100 manufactured by Digital Instruments (currently Veeco). Detailed evaluation results are shown in FIG.

このようにして作製した該研磨工具を用いて電子デバイスのひとつである磁気ヘッドの研磨加工評価を行った。研磨試料となる磁気ヘッドをポリウレタン系の弾性体を介して治具に保持させ、各研磨定盤に10〜100g重の範囲内の一定荷重で押しつけながら加工した。研磨工具の回転数は概ね10rpm以下とした。また、潤滑剤(仕上げ液)としては、パラフィン系炭化水素オイルを使用し、加工量は約30nm以上とした。   The polishing tool thus produced was used to evaluate polishing of a magnetic head that is one of electronic devices. A magnetic head to be a polishing sample was held on a jig via a polyurethane elastic body and processed while being pressed against each polishing platen with a constant load within a range of 10 to 100 g weight. The number of rotations of the polishing tool was approximately 10 rpm or less. In addition, paraffinic hydrocarbon oil was used as the lubricant (finishing liquid), and the processing amount was about 30 nm or more.

加工後の表面粗さの評価には、上記、原子間力顕微鏡(AFM)を使用した。表面粗さは、磁気素子部上の最も硬度が小さい部分(例えば上部シールド部分)を測定面積1×6μmで評価した。また、研磨能率は磁気素子の抵抗値を加工前後に計測し、加工量に換算して評価を行った。図5に示すように、表面粗さと研磨能率の両者で優れた結果が得られた。 The above-described atomic force microscope (AFM) was used for evaluation of the surface roughness after processing. For the surface roughness, the part with the smallest hardness on the magnetic element part (for example, the upper shield part) was evaluated with a measurement area of 1 × 6 μm 2 . The polishing efficiency was evaluated by measuring the resistance value of the magnetic element before and after processing and converting it to the processing amount. As shown in FIG. 5, excellent results were obtained in both surface roughness and polishing efficiency.

(実施例2)
次に、半導体デバイスとしては、いわゆるメタル配線工程(Cuダマシン)におけるCu除去研磨を行った。ロジックやDRAM等の半導体デバイスでは、微細化によって生じる配線遅延やエレクトロマイグレーションの問題に対応するためにCu配線への転換が進められている。このCu配線はドライエッチングが困難なことから絶縁膜に形成した配線溝にCuを埋め込み、余分なCuを研磨除去するという方法で形成されている。
(Example 2)
Next, as a semiconductor device, Cu removal polishing in a so-called metal wiring process (Cu damascene) was performed. In semiconductor devices such as logic and DRAM, conversion to Cu wiring is being promoted in order to cope with problems of wiring delay and electromigration caused by miniaturization. Since this Cu wiring is difficult to dry etch, Cu is embedded in a wiring groove formed in the insulating film, and excess Cu is polished and removed.

Cuダマシン配線の研磨除去は現在、CMPにより行われているが、CMPでは薬液と砥粒の混合物であるスラリーを使用するためのコストや環境負荷の高さ、スラリーの安定的な使用法が困難なことに起因するスクラッチなどが問題となっている。   Currently, polishing and removal of Cu damascene wiring is performed by CMP. However, in CMP, it is difficult to use a slurry, which is a mixture of a chemical solution and abrasive grains, high environmental load, and stable use of the slurry. Scratches caused by anything are a problem.

まず研磨工具の作製は、実施例1と同様の手法において、ターゲット材9としてシリコンターゲットを用いた。また砥粒となるナノ微粒子には粒径30nm程度のSiO粒子を使用し、一方のターゲット材であるSn母材の中に定着を行った。作製後の工具表面の評価を上述と同様に、日立製作所製電子顕微鏡S5000及び米国Digital Instrument社製原子間力顕微鏡(AFM)NanoscopeIIIa,D3100を用いて行った。評価結果を図5に示す。 First, the silicon tool was used as the target material 9 in the same manner as in Example 1 for manufacturing the polishing tool. In addition, SiO 2 particles having a particle size of about 30 nm were used as the nano-particles serving as abrasive grains, and fixing was performed in the Sn base material as one target material. The tool surface after fabrication was evaluated in the same manner as described above using an electron microscope S5000 manufactured by Hitachi, Ltd. and an atomic force microscope (AFM) Nanoscope IIIa, D3100 manufactured by Digital Instrument, USA. The evaluation results are shown in FIG.

また研磨対象となるCu配線デバイスとしては、Cu配線パターン膜付Si基板を用意した。Si(100)上にSiO膜、TaN膜、Cu膜をそれぞれ一定の膜厚で成膜した。さらに基板上のSiO膜には、数ミクロンから100ミクロン程度までの線幅の配線が形成され、その上にスパッタ成膜と電解めっきでCuの薄膜層を形成した。この基板を10mm角に切断し研磨加工に使用した。研磨条件に関しては、研磨工具の回転数は、上記実施例1の磁気ヘッドの場合と概ね同様の条件にて行い、研磨時の荷重は100〜1000g重の範囲で調整した。 As a Cu wiring device to be polished, a Si substrate with a Cu wiring pattern film was prepared. A SiO 2 film, a TaN film, and a Cu film were formed on the Si (100) with a constant film thickness. Further, a wiring having a line width of several microns to 100 microns was formed on the SiO 2 film on the substrate, and a Cu thin film layer was formed thereon by sputtering film formation and electrolytic plating. This substrate was cut into a 10 mm square and used for polishing. Regarding the polishing conditions, the number of revolutions of the polishing tool was substantially the same as that of the magnetic head of Example 1, and the load during polishing was adjusted in the range of 100 to 1000 g weight.

また、加工時には、弱アルカリ性に調整し、Cu表面の腐食を防止するためのベンゾトリアゾールを添加した水溶液を供給しながら研磨加工を行った。研磨後にCu配線上の表面粗さを2μmの面積範囲で、上述の原子間力顕微鏡にて評価した。評価結果を図5に示す。従来のスラリーを使用したCMP研磨に比べて深いスクラッチが発生せず平滑な加工がなされた。 Moreover, at the time of a process, it grind | polished while supplying the aqueous solution which adjusted to weak alkalinity and added the benzotriazole for preventing the corrosion of Cu surface. After polishing, the surface roughness on the Cu wiring was evaluated with the above-mentioned atomic force microscope in the area range of 2 μm 2 . The evaluation results are shown in FIG. Compared with CMP polishing using a conventional slurry, a deep scratch was not generated and smooth processing was performed.

また、第一のプラズマを形成するためのスパッタターゲット材としては、C、Si、SiO、Sn及びSn系合金、Al、Cuのいずれかから選ばれた材料にて作製が可能であった。 Moreover, as a sputter target material for forming the first plasma, it was possible to produce with a material selected from any of C, Si, SiO 2 , Sn and Sn-based alloys, Al, and Cu.

本発明による研磨工具作製の基本工程を示す図である。It is a figure which shows the basic process of grinding tool manufacture by this invention. 本発明の研磨工具作製の工程と工具状態を示す図である。It is a figure which shows the process and tool state of abrasive tool preparation of this invention. 本発明の研磨工具作製の工程と工具状態を示す図である。It is a figure which shows the process and tool state of abrasive tool preparation of this invention. 本発明における真空プロセス装置である。It is a vacuum process apparatus in the present invention. 本発明における評価結果である。It is an evaluation result in the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

1…基板、2…ナノ微粒子、3…母材、4…第一工程、5…第二工程、6…第三工程、7…プラズマ、8…カーボン、シリコンターゲット、9…Snターゲット
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Board | substrate, 2 ... Nanoparticle, 3 ... Base material, 4 ... 1st process, 5 ... 2nd process, 6 ... 3rd process, 7 ... Plasma, 8 ... Carbon, silicon target, 9 ... Sn target

Claims (9)

基板表面を平滑にするための基板研磨工程と、前記基板上に電子デバイス表面を研磨するための研磨用砥粒層を形成する工程と、該砥粒層の表面に砥粒を突出させるための表面処理工程とを備えたことを特徴とする研磨工具の製造方法。   A substrate polishing step for smoothing the substrate surface; a step of forming a polishing abrasive layer for polishing the surface of the electronic device on the substrate; and a method for causing abrasive grains to protrude from the surface of the abrasive layer. A polishing tool manufacturing method comprising a surface treatment step. 前記請求項1において、前記砥粒層形成工程は、前記基板上に弾性領域を形成した後、該弾性領域の上に砥粒領域を形成することを特徴とする研磨工具の製造方法。   2. The method for manufacturing a polishing tool according to claim 1, wherein the abrasive layer forming step forms an abrasive region on the elastic region after forming an elastic region on the substrate. 請求項2において、前記弾性領域は前記基板表面を覆う第一のプラズマを用いて形成され、前記砥粒領域は前記第一のプラズマに対して更にナノ微粒子を供給して形成されることを特徴とする研磨工具の製造方法。   3. The elastic region according to claim 2, wherein the elastic region is formed using a first plasma covering the surface of the substrate, and the abrasive region is formed by further supplying nanoparticles to the first plasma. A method for manufacturing a polishing tool. 請求項1において、前記砥粒層形成工程は、ナノ微粒子を含有する第一のプラズマを前記基板の表面を覆うように供給してなされることを特徴とする研磨工具の製造方法。   2. The method for manufacturing a polishing tool according to claim 1, wherein the abrasive grain layer forming step is performed by supplying a first plasma containing nanoparticles to cover the surface of the substrate. 請求項1において、前記表面処理工程は前記砥粒層表面の第二のプラズマを用いたエッチング処理であることを特徴とする研磨工具の製造方法。   2. The method for manufacturing a polishing tool according to claim 1, wherein the surface treatment step is an etching treatment using second plasma on the surface of the abrasive layer. 請求項3において、前記第一のプラズマはC、Si、SiO、Sn及びSn系合金、Al、Cuのいずれかから選ばれた材料を用いたスパッタプラズマであることを特徴とする研磨工具の製造方法。 4. The polishing tool according to claim 3, wherein the first plasma is a sputter plasma using a material selected from any of C, Si, SiO 2 , Sn, a Sn-based alloy, Al, and Cu. Production method. 請求項1において、前記砥粒はダイヤモンドまたはSiOからなるナノ微粒子であることを特徴とする研磨工具の製造方法。 2. The method for manufacturing a polishing tool according to claim 1, wherein the abrasive grains are nano-particles made of diamond or SiO2. 請求項7において、前記ナノ微粒子の径が10〜50nmであることを特徴とする研磨工具の製造方法。   8. The method for producing a polishing tool according to claim 7, wherein the nano fine particles have a diameter of 10 to 50 nm. 請求項3において、前記ナノ微粒子は前記第一のプラズマによって負に帯電されてなることを特徴とする研磨工具の製造方法。
4. The method for manufacturing a polishing tool according to claim 3, wherein the nano fine particles are negatively charged by the first plasma.
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